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零碳建筑为何重要,又该如何建造智能的零碳建筑?

2021-09-10 08:57 千家网

导读:减少建筑物的碳排放对于实现巴黎气候目标和到 2050 年实现净零排放至关重要。建筑物占全球温室气体排放量的 39%,其中包括 28% 的运营排放和 11% 的建筑材料和建筑。

建筑物占全球温室气体排放量的 39%;

减少建筑物的碳排放对于到 2050 年实现净零排放至关重要;

高效的零碳建筑利用现有的、具有成本效益的技术来减少排放,同时增加当地社区的健康、公平和经济繁荣。

减少建筑物的碳排放对于实现巴黎气候目标和到 2050 年实现净零排放至关重要。建筑物占全球温室气体排放量的 39%,其中包括 28% 的运营排放和 11% 的建筑材料和建筑。

全球建筑面积预计到 2060 年将翻一番,只有 3% 的新建筑投资是绿色和高效的,几十年来建筑行业一直保持高排放。现有建筑的翻新率仅为 1%,远远达不到实现巴黎气候目标所需速度的三分之一。

虽然建筑物的脱碳挑战很大,但机遇也很重要。高效的零碳建筑利用现有的、具有成本效益的技术来减少排放,同时增加当地社区的健康、公平和经济繁荣。

推动零碳建筑的四个关键趋势是:脱碳、电气化、效率和数字化。这四个好的“DEEDS”相结合,可以减少碳排放和建筑运营和配套基础设施的总体成本。建筑物可以通过消除使用化石燃料取暖、使用现场或场外可再生能源、减少使用高全球变暖潜势制冷剂以及使用低碳、重复使用建筑中的回收材料。

全球变暖本身将导致更多的电力需求,因为以前的温和地区,如最近发生在美国太平洋西北地区,需要空调来减少热压力。反常的寒冷天气也会增加温暖地区的电力需求。在某些情况下,由于化石能源成本较低(往往得到补贴),以及为扩大断断续续的可再生能源供应的发电、输电、分配和管理而增加电力基础设施投资,这将导致建筑业主的成本增加。

能源效率仍然是零碳建筑的首要任务,即使有脱碳能源供应。在能源效率上每投资一美元,就能在能源供应上节省大约两美元,无论投资是在本地、现场发电还是在电网层面。它还降低了未来电网基础设施的总成本,以满足日益增长的需求。虽然增加绝缘和提高效率的设备等被动措施可以减少总体电力需求,但包括自动需求响应和动态能源优化在内的主动效率措施可以提供需求灵活性,以匹配间歇性可再生发电。

数字化是建筑能源效率和需求灵活性的重要推动因素。这些“智能”建筑受益于先进的传感和控制、系统集成、数据分析和能源优化,以积极减少能源使用和需求,同时提高居住者的舒适度、健康、生产力和设施弹性。在“智能”设备和电器中嵌入这些数字功能可以提供额外的好处,包括除了减少能源和排放之外,提高可靠性和远程管理。

智能建筑的潜在节能意义重大。基本的自动化楼宇控制可以在商业楼宇中节省 10-15% 的能源。更先进的功能,例如按需控制的通风,可以额外节省 5-10% 的能源。与基本的 HVAC(供暖、通风和空调)和照明控制相比,将建筑系统集成在一起可以增加 8-18% 的节能。使用先进计量基础设施并监控建筑物最终用途的能源信息管理系统平均可节省 3%,而自动故障检测和诊断可平均节省 9% 的能源使用。

最近的一项研究表明,电网交互式高效建筑 (GEB) 可以通过主动需求管理将能源成本降低多达 20%。能源优化可以根据电网的实时碳强度控制建筑物的能源使用,并将清洁供暖资源的使用与备用化石燃料设备协调起来,以 24/7 全天候减少碳排放,同时提供需求灵活性和弹性。

例如,位于马里兰州 Silver Spring 的Unisphere 大楼是美国最大的净零能源项目之一。它结合了地热热泵、现场太阳能和一个集成控制系统,包括暖通空调、照明、能源和可调光窗户。又如,位于挪威特隆赫姆的 Powerhouse Brattorkaia的八层办公楼在整个建筑生命周期中都是积极的能源,包括生产和运输建筑材料、现场施工和报废解构所消耗的能源。该建筑有 3000 平方米的太阳能电池板和一个天然制冷剂热泵,其水源提供冷却和加热。该建筑非常高效,结合了被动和主动措施,包括居住者自适应暖通空调和照明系统。

全球变暖和气候变化也将对热带气候地区产生重大影响,在这些地区,建筑物的能源消耗是由不断增长的电气冷却需求驱动的。新加坡 2030 年绿色计划中的脱碳战略有一个雄心勃勃的目标,即到 2025 年将太阳能部署翻两番,到 2030 年实现 2GWp(千兆瓦峰值)的太阳能。从 2030 年起,80% 的新建筑将是“超低能耗建筑”与 2005 年一流绿色建筑的消耗水平相比,能源效率提高了 80%。到 2030 年,至少 20% 的学校将实现碳中和。

新加坡国立大学设计与环境学院 4 (SDE4)是新加坡第一座新建的净零能耗建筑,也是东南亚第一座获得国际未来生活研究所 (ILFI) 零能耗认证的建筑。六层建筑采用创新的混合冷却系统,有效降低建筑能耗。对入住率、空间使用情况、室内空气质量和天气状况的高级监控有助于优化系统运行。 428 kWp 屋顶太阳能电池板产生的电力用于为所有系统供电,任何多余的电力都动态输出到校园电网,供相邻建筑物使用。自 2019 年 1 月开放以来,该建筑一直是净能源,它产生的能量超过消耗的能量,超过 460 兆瓦时。

SMU-X 净零能耗建筑是新加坡市中心的第一座大型大规模工程木材 (MET) 建筑,通过位于建筑内的光伏系统抵消了 100% 的年度能源消耗。在其他地方,新加坡国立大学设计与环境学院 1 和 3 (SDE 1&3)是一栋经过翻新的高效建筑,拥有先进的建筑立面,可平衡进入建筑物的自然光和热量,以及先进的照明控制系统和太阳能屋顶以满足净零能耗性能。新加坡发展银行 (DBS) 牛顿办事处是对现有四层建筑的改造项目,旨在通过安装双面光伏组件(可从两侧产生电力的光伏面板)实现 70% 的节能和净零能耗性能,在建筑物屋顶上采用先进的东赢体育平台功率优化技术。

所有这些建筑都表明,数字化作为清洁电力的一个重要因素,为全球北方的供暖和全球南方的供暖提供了重要的帮助。这也是实现高效、零碳建筑性能的关键因素,同时减少未来对电网基础设施的投资——如果我们要实现 2050 年的目标,这是当务之急。